Batterieelektrodenmaterialien und Tortuosität

Der Ionenwiderstand einer mit Elektrolyt beladenen Elektrode und Separatoren bestimmt die Leistung einer Lithium-Ionen-Batterie bei maximalen Laderaten. Permeabilität und Tortuosität sind unerlässlich, um Leckströme in porösen Batteriekomponenten zu verstehen und zu simulieren.

3,2 V 20 A Niedertemperatur-LiFePO4-Batteriezelle -40 ℃ 3 C Entladekapazität ≥ 70 % Ladetemperatur: -20 ~ 45 ℃ Entladetemperatur : -40 ~ + 55 ℃ Akupunkturtest bestehen -40 ℃ maximale Entladerate: 3 C

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Um den funktionellen Ionenwiderstand der Elektrode anzupassen, können Umrechnungsgeräte verwendet werden, mit denen Sie die porositätsabhängige MacMullin-Statistik und Tortuosität von Elektroden mit unterschiedlichen Wirkstoffen und hochleitfähigem Anteil messen können. Batteriebasierte Modelle können auch Einblicke in die Dynamik und Transporteigenschaften von Batterien geben, die experimentell nicht oder nur teilweise zugänglich sind, sie sind ein hilfreiches Werkzeug zur Bewertung von Effizienz, Sicherheit und Alltagstauglichkeit von Lithium-Ionen-Batterien. Die Auswahl geeigneter physikalischer Modelle und Randbedingungen und der damit einhergehenden genau definierten dynamischen und verkehrstechnischen Parameter sind entscheidende Aspekte für die Gewinnung qualitativer und geschätzter Sachbefunde. Im folgenden Artikel erhalten Sie das Wissen über alles über Batterieelektrodenmaterialien und Verwindung

Batterieelektrodenmaterialien

Moderne Kathoden bestehen aus ersten Oxidmaterialien oder Phosphaten. Anoden, die aus Graphit oder dem Elektrolytkomplex Li4Ti5O12 bestehen, haben weniger Möglichkeiten. Diese Materialien sind leicht, haben relativ hohe Fähigkeiten und eine hohe Leistungsdichte und funktionieren insgesamt gut.

1) Kathoden

LiCoO2, die erste gefundene Interkalationsoxidkathode, wird derzeit in Verbraucherbatterien verwendet. Die Stapelung dieser Kombination ist -NaFeO2 (Raumgruppe R3-m), das aus kubischen Ressourcen besteht, die Sauerstoffarrays mit Metallkomplexen und Lithiumionen unterstützen können, die oktaedrische Positionen in unterschiedlicher Dicke halten.

Bei halben Lithiumzellen ist das voraussichtliche Profil von LiCoO2 zunehmend steiler, und etwa die Hälfte des Lithiums kann unter 4,2 V vs. Li/Li+ extrahiert werden, was zu einer spezifischen Kapazität von 140 mAh/g führt. Höhere Wirkungsgrade können durch Anhebung der Ladespannungsgrenze erreicht werden, was jedoch aufgrund des strukturellen Versagens des stark delithiierten LixCoO2-Moleküls und der permanenten Elektrolytoxidation die Zykluslebensdauer beeinträchtigt7. Die Forscher untersuchten aufgrund von Ressourcenbeschränkungen, den hohen Kosten von Co und der Forderung nach hoher Leistungsdichte zusätzliche Schichtoxidmaterialien. Trotz ihrer geringen Leistungsdichte sprechen die Sicherheitseigenschaften der LiFePO4-Elektrode einige Transportanwendungen an. Beim Erhitzen emittiert das geladene Material FePO4 keinen Sauerstoff, sondern wandelt sich in eine elektrochemisch neutrale Quarzstruktur derselben Formation um.

2) Anode

Hohe Energiedichte bei niedriger Temperatur Robuster Laptop-Polymer-Akku Batteriespezifikation: 11,1 V 7800 mAh -40℃ 0,2C Entladekapazität ≥80% Staubdicht, sturzsicher, korrosionsbeständig, elektromagnetische Interferenz

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Derzeit gibt es nur zwei kommerziell verfügbare Anodenmaterialien: auf Kohlenstoffbasis (primärer Graphit) und Oxidspinell Li4Ti5O12. Die Verwendung einer Elektrode mit relativ geringer Komplikation überwindet die Zyklen- und Stabilitätsschwierigkeiten, die jede Verwendung von Lithiumanoden in wiederaufladbaren Batterien behindert haben. Auf Graphitanoden entwickeln sich während des regulären Betriebs und in Schadenssituationen keine Lithiumneuronen, und diese Batterien können effektiv zyklisch betrieben werden.

Filterung, Verbesserung der Partikelmorphologie und die Verwendung von Elektrolytadditiven haben Ineffizienzen erheblich reduziert; Dadurch haben moderne Li-Ionen-Batterien anfänglich nur noch wenige Prozent irreparable Kapazitäten. Die Ablagerung von sich auflösendem Metall von der Kathode oder extreme Temperaturschwankungen während des Betriebs können die SEI destabilisieren, was ihre Neubildung und einen zusätzlichen Verlust von zyklierbaren Ionen erfordert.

Lithium-Ionen-Batterien sind auch an nicht-graphitischen Kohlenstoffen interessiert, die Graphen-Strukturen enthalten, aber keine Langstrecken-Strategien für die Aufrechterhaltung haben. Lithium wird in diese Stoffe mit höheren Möglichkeiten als Graphit eingebaut, und es gibt keine Inszenierung. Während die irreparablen Fähigkeiten einiger Arten von dysfunktionalem Kohlenstoff (z Manganoxid-Spinell-Kathoden, bei denen Metallzerfall ein Problem ist. Die elektrochemischen Eigenschaften (Form des Spannungsprofils und Kapazität) von desorganisierten Kohlenstoffen variieren stark in Abhängigkeit von der Komplexität.

Was ist eine Elektrode in einer Batterie?

Eine Elektrode ist ein elektrischer Leiter, der insbesondere mit einem nichtmetallischen Bauteil einer Schaltung in Kontakt kommt. Die Elektroden in Batterien stellen die elektrischen Verbindungen zum Elektrolyten her. Die Kathode ist die Elektrode am Pluspol und die Anode die Elektrode am Minuspol. Jedes Elektron ist polarisiert, sodass die Kathode vom Negativen und die Anode vom Positiven angezogen wird, wo sie auf den Elektrolyten treffen.

An den Elektroden laufen chemische Prozesse ab, die beim Entladen oder Laden einer Batterie einen elektrischen Strom durchfließen lassen. An der Kathode finden Reduktionsreaktionen statt, bei denen Atome Elektronen aufnehmen und negativ geladene Ionen, sogenannte Ionen, in der Lösung erzeugen. An der Anode finden Oxidationsreaktionen statt, bei denen Atome Elektronen abgeben, um positive Ladungen zu erzeugen, die als Kationen bekannt sind.

Je nachdem, ob eine Batterie geladen und entladen wird, vertauschen sich Anode und Kathode mit diesen abwechselnden Bedeutungen. Bei den Komponenten einer Batterie werden die Elektroden jedoch meist nach ihrer Funktion bei der Entleerung bezeichnet.

Als Ergebnis wird, obwohl die Elektrode, die beim Entladen als Kathode dient, beim Wiederaufladen eine Anode ist, sie ständig als Kathode der Batterie bezeichnet. Auch wenn sie beim Laden zur Kathode werden kann, behält die Elektrode, die nach der Entladung als Anode fungiert, ihre Nomenklatur. Wenn Strom durch die Batterie fließt, treten freie Elektronen in die Verbindungen an den Enden der Elektroden ein und aus, die den Stromkreis berühren. In den Elektrolyten am anderen Ende der Drähte entstehen Ionenwolken.

Was ist Elektrodentortuosität?

Der Tortuositätsfaktor poröser Batterieelektroden ist eine kritische Metrik für die numerische Modellierung, die die Elektrodenmikrostruktur mit der Effizienz verknüpft. Daher ist es wichtig, eine Methode zur genauen Bestimmung von Tortuositätsvariablen zu haben. Diese Arbeit schlägt eine numerische Methode zum Vergleich zweier experimenteller Standardverfahren vor, die auf simulierten Daten von numerisch erzeugten Mikrostrukturbildern basiert. Wenn sie zur Charakterisierung von Elektroden verwendet wird, werden mehrere wesentliche Mängel bei der traditionellen gewundenen Komponente vom "Durchfluss"-Typ hervorgehoben.

Als Ergebnis wird die "Elektrodentortuositätskomponente" entwickelt, die die Transportmechanismen darstellt, die für poröse Elektroden wichtiger sind als der "Durchfluss"-Typ-Tortuositätsfaktor. Die Simulationsergebnisse unterstreichen die Bedeutung nicht-perkolierender ("Sackgassen") Poren in der realen Elektrodenfunktion. Dies ist ein tatsächliches Ergebnis zur Optimierung des Elektrodendesigns, das elektrochemische Modellierer sorgfältig berücksichtigen sollten. Zur Erfassung der Geometrie dieser porösen Elektroden in der Nanotechnologie können neben elektrochemischen Ansätzen zur Bestimmung der Tortuositätskomponente auch 3D-Bildgebungsverfahren eingesetzt werden. Auch wenn das gescannte Volumen im Gegensatz zur Zelle vernachlässigbar ist, wenn es in Bezug auf die Poreneigenschaften signifikant ist, können die Daten verwendet werden, um mittlere morphologische Maße abzuleiten, die die gesamte Elektrode anzeigen.

Abschluss

Der obige Artikel hat alles erwähnt, was mit Elektrodenbatterien zu tun hat, welche Materialien in Elektrodenbatterien, Kathoden und Anoden verwendet werden. Es erklärt, was eine Elektrode in Batterien ist, ihre Verwendung und schließlich erklärt der Artikel, was eine Elektrode in Gewundenheit ist. Löschen Sie also alle Ihre Zweifel, indem Sie jetzt den Artikel über Elektrodenbatterien und Tortuosität lesen.